硅基光源的研究进展_沈浩

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1、物理学报ＡｃｔａＰｈｙｓ．Ｓｉｎ．Ｖｏｌ．６４，Ｎｏ．２０（２０１５）２０４２０８专题：硅基光电子物理和器件编者按半导体科学技术的出现和发展为人类社会的生产和生活带来前所未有的变革．半导体科学技术是信息产业的核心和基础是推动传统工业转型升级的物质支撑是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先，，一一心导性基石．特别是作为半导体技术之的微电子技米不但自身是个庞大的产业它还作为核部件在不断推动其，，从国防科技各个领域无不渗透着半导体微电子技术．半导体科学技他科技应用的

2、迅速发展、现代工业到日常生活，，术已经成为一种既代表国家现代化工业水平又与人民生活息息相关的基础性高新技术我们无法想象如果它在将来，停止继续往前发展了会怎么样？随着晶体管的不断缩小芯片集成度的不断提高晶体管间的电互连面临包括散热，、，一一串扰、延迟在内的系列问题成为限制集成电路进步发展的主要阻力．最新的１４ｎｍ工艺金属导线的最小间距，，只有一５２ｎｍ线宽只有几个纳米．在芯片上集成光子学器件和电子学器件用光互连代替，已经非常接近物理极限同，一硅基光互连具有高速度电互连的光电集成技术有望解决这难题、高带

3、宽、低功耗、可集成．光互连的实现还，等特点一步集成量子器件提供必要条件将为进．目前硅基光电探测器、电光调制器、波分复用器、光波导等都已成功实现但，由于硅的间接带隙特点导致真正能够实用的硅基光源仍悬而未决．实现硅基发光器件成为实现硅基光电集成技术最“”目标．本刊组织的硅基光电子物理和器件专题从理论设计高效发光硅锗超晶格括量子效应具挑战和最重要的，包低維硅硅基稀土掺杂硅中缺陷发光和硅基锗材料在内的各种硅基发光材料制备、、硅基ＩＶ族，，高迁移率锗沟道器件异质结构发光器件和硅基－Ｖ族量子点激光器等几个方面

4、对各种硅基光源目前面临的问题和未来的发展方向进行ＩＩＩ系统的介绍和总结．，推动国内硅基发光器件的研究进展，以期在国际上首先实现可实用的硅基发光器件（客座编辑：中国科学院半导体研究所骆军委，李树深）＃硅基光源的研究进展沈浩李东升ｔ杨德仁浙江大学材料科学与工程学院硅材料国家重点实验室杭州３１００２７（，，）２０１５７月７日２０１５８月１４日（年收到年收到修改稿）；随着人们对大容量、高速和低成本的信息传播的要求越来越迫切，近年来硅基光电子学得以蓬勃发展，但一桂基光源直没有得到真正的解决约硅

5、基光电子学发展的瓶颈．硅的间接带隙本质给高效硅基光源，成为制的实现带来很大困难实用化的硅基激光是半导体科学家长期奋斗的目标．本文分别介绍了硅基发光材料、硅，基发光二极管和硅基激光的研究进展最后总结了目前各种硅基光源面临的问题和未来的发展方向．，？硅基发光二极管关键词．硅基发光材料硅基激光光电集成，，，－－ＰＡＣＳ４２ｍ．．．．Ｉ１０４９８．．：．８２．４２．７０ａ６０Ｊｂ４２．５５ＰｘＤＯ：．７ａ６４２０４２０８，ｓ，８５，／ｐ“摩尔定律”飞速发展特征尺寸不断缩小已经从，，最初的微

6、米级缩小到１４ｎｍ１０很快将达到ｎｍ相１弓，；｜ｆ应地电路内金属互连的结构复杂程度越来越高，，在２０世纪硅材料对人类的生产及生活都产互连技术正朝着高速率和高密度集成发展以满足，，生了巨大的影响通过半导体集成电路构成了现目前大容量和高速率传输的需要．然而随着晶体，，代信息产业发展的基石．４０多年来集成电路遵循管特征尺寸的不断减小电互连面临着信号延迟，，＊国家重点基础研究发展计划（批准号：２０１３ＣＢ６３２１０２资助的课题．）￣ｓｅｓ通信作者．ｅ．ｔ．Ｅｍａｉｌ：ｍｌｄ？ｚｊｕｄ

7、ｕｃｎ？２０１５中国物理学会ＣｈｉｎｅｓｅＰｈｙｓｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ２０４２０８－１物理学报ＡｃｔａＰｈｙｓ．Ｓｉｎ．Ｖｏｌ．６４，Ｎｏ．２０（２０１５）２０４２０８大１量子限制发光中心模型、传输带宽小、信号串扰大、功耗大、加工困难、成）Ｗ本高等局限，集成度提高的速度减慢甚至趋于停２与氧相关的缺陷发光模型）３５－［１．３发光中心模型为此．滞，将微电子和光电子结合起来，充分发挥）量子限制—桂基微电子先进成熟的工艺技术、高密度集成、价桂纳米晶ｓｉｌｉｃｏ

8、ｎｎａｎｏｃｒｓｔａｌＳｉＮＣ般指（ｙ，）格低廉以及光子极高带宽一、超快传输速率和高抗干直径在几个纳米范围内的硅晶体颗粒，和多孔硅扰性的优势，硅基光电子学己经成为信息技术发展样可以发出较强的可见光，研宄者对硅纳米晶的光一定研宄的必然和业界的普遍共识被认为是片上光互连最致发光和电致发光均做了．硅纳米晶根，２一４［１ａ